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In der Elektronik haben wir es sehr oft mit Messkreisen zu tun – und nicht nur mit Messgeräten an sich. Um beispielsweise Spannung oder Temperatur zu messen, verwenden wir häufig Messwandler.
In diesem Artikel werden Beispiele für die in modernen elektronischen Systemen verwendeten Messwandler beschrieben.
Messwandler - Übersicht
Elektrische und elektronische Wandler sind spezielle Bauteile, deren Aufgabe es ist,Energie von einer Form in eine andere umzuwandeln. Je nach Konstruktion und Anwendung können Wandler an der Umwandlung von mechanischer, elektrischer, lichttechnischer, chemischer, thermischer, akustischer, elektrischer und magnetischer Feldenergie und vielen anderen Energiearten beteiligt sein. Ein Beispiel, dem man täglich begegnet, ist das Mikrofon in Mobiltelefonen, wo Schall (Sprache und Umgebungsgeräusche) in elektrische Signale umgewandelt wird, die auf den bevorzugten Bereich verstärkt werden, der für die weitere Übertragung erforderlich ist. Die elektrischen Signale werden dann am Empfänger in Tonsignale umgewandelt. Glühbirnen und Lampen sind ebenfalls Wandler – sie wandeln elektrische Energie in Lichtenergie um, und als Nebeneffekt des fließenden elektrischen Stroms und des ausgestrahlten Lichts entsteht Wärmeenergie.
Gesamtleistung der Messwandler
Wie gut der Sender in der Zielanwendung funktioniert, wird durch seine Gesamtleistung angegeben. Einer dieser Parameter ist der dynamische Bereich des Wandlers, d. h. das Verhältnis zwischen dem Signal mit hoher Amplitude und dem Signal mit niedrigster Amplitude, damit der Wandler das Messsignal effizient liefern kann. Wenn Schallköpfe einen hohen Dynamikbereich haben, sind sie präziser und reagieren schneller.
Wichtig ist jedoch auch die Wiederholbarkeit der Messungen, d. h. die Fähigkeit des Wandlers, ein gleiches Ausgangssignal zu erzeugen, wenn er durch ein ähnliches Eingangssignal angeregt wird.
Die Zuverlässigkeit der Messungen wird auch durch das Eigenrauschen am Wandlerausgang und die Hysterese beeinflusst – die Eigenschaft der Abhängigkeit des Signals am Wandlerausgang vom aktuellen Zustand des Eingangs und dem vorhergehenden Zustand.
Ultraschall-Wandler
Die Hauptaufgabe des Ultraschallwandlers besteht darin, elektrische Signale in Ultraschallwellen umzuwandeln. Ein solcher Wandler besteht unter anderem aus einem kapazitiven Wandler Spannweite oder piezoelektrisch. Eine Anwendung für solche Wandler ist die Messung von Schallabständen auf der Grundlage von reflektierten Ultraschallwellen. Diese Messung basiert auf einer angemessenen Methode im Vergleich zu einfachen Methoden, die unterschiedliche Messskalen verwenden.
Temperatur-Transmitter
Ein Temperaturtransmitter wird verwendet, um die Temperatur eines Geräts in eine andere Größe, wie elektrische Spannung, Druck oder mechanische Energie, umzuwandeln. Es wird zur Messung der Lufttemperatur verwendet, um die Betriebstemperatur mehrerer Geräte wie Klimaanlagen, Heizungen oder Lüftungen zu steuern.
In den meisten elektronischen Anwendungen wird die gemessene Temperatur in eine elektrische Spannung umgewandelt, auf deren Grundlage das Steuerungssystem weitere Entscheidungen trifft, z. B. das Ein- oder Ausschalten der Heizung.
Piezo-Wandler
Ein piezoelektrischer Wandler ist eine besondere Art von Sensor, dessen Hauptfunktion darin besteht, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Auf die gleiche Weise kann elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt werden. Ein solcher Wandler wird vor allem zur Erkennung des Aufschlags eines Schlagzeugstocks auf elektronische Schlagzeugpads sowie zur Erkennung von Muskelbewegungen verwendet, die in der Akzeleromographie eingesetzt werden. Im Automobilbereich hingegen werden Piezo-Sensoren als Klopfsensoren eingesetzt.
Druckumwandler
Ein Druckwandler ist ein spezieller Sensortyp , der Druck in ein elektrisches Spannungssignal umwandelt. Es dient zur Messung des Drucks einer bestimmten Menge, z. B. eines Gases oder einer Flüssigkeit, durch Umwandlung von Druck in elektrische Energie. Zu den Anwendungen für Druckmessumformer gehören vor allem Höhen-, Druck-, Füllstands- oder Tiefenmessungen, Durchflussmessungen und Leckprüfungen. Diese Wandler können zur Stromerzeugung unter Bodenschwellen auf Straßen eingesetzt werden, wo die Kraft des Fahrzeugverkehrs in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
Messwertgeber für elektrischen Strom und magnetische Felder
Dank jahrelanger Forschungen und Experimente haben große Wissenschaftler die Gesetze des Elektromagnetismus im weitesten Sinne aufgestellt, darunter die folgenden Namen wie Michael Faraday, André Ampère, Carl Friedrich Gauß und Michal Doliwo-Dobrowolski. Dies führte zur Erfindung von Geräten wie dem Mikrofon, dem magnetisch-elektrischen Lautsprecher, elektrischen Gleich- und Wechselstrommotoren und -generatoren sowie Transformatoren und Instrumenten zur Messung elektrischer Größen.
In einem Transformator zum Beispiel wird elektrische Energie auch in elektrische Energie mit anderen Parametern umgewandelt, wobei das Leistungsgleichgewicht durch elektromagnetische Kopplung erhalten bleibt. Die Tonabnehmer in einer E-Gitarre funktionieren auf ähnliche Weise, indem vibrierende Metallstränge, die über die Pole des Tonabnehmers gelegt werden, ein Magnetfeld in den Kern induzieren, auf den die Kupferwicklung gewickelt ist, was zu einer elektrischen Spannung und einem Stromfluss in dem Kern führt.
Da das Signal eines solchen Wandlers zu schwach ist, durchläuft es, bevor es den Lautsprecher erreicht, einen Vorverstärker und einen Leistungsverstärker, in dem sich auch ein oder bei Röhrenverstärkern sogar zwei Transformatoren befinden können.
